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第八章空间钢框架结构安装 XX游泳中心屋面及墙体结构为新型延性多面体空间钢框架结构，结构墙体底标高+1.059，屋顶标高+30.587米。外墙厚度为3472mm，内墙为3472mm和5876mm两种，屋顶厚度为7211mm。墙体与屋面的内层和外层结构均为箱型截面构件纵横交错而成，内层和外层之间为三维钢管杆件与中部的球节点以及外侧的节点连接，形成复杂的受力良好的钢框架结构。主体结构透视图上弦球节点上弦球节点上弦杆上弦杆下弦球节点屋面结构局部构造图第一节安装重点、难点一、XX游泳中心钢结构体系是基于“泡沫”理论对三维空间的最有效分割模型，钢结构体系由十二面体和十四面体在空间有机的结合，体现了“水晶体”的概念，杆件围合形状很不规则，给安装进度带来很大难度；二、中间杆件的球节点都是呈三维不规则分布，空间位置多样，给现场安装带来了很大困难。三、为保证建筑效果与结构安全，减少用钢量，钢结构设计过程中不断优化构件断面型式，对所有杆件和节点进行“个性化设计”，因此节点和杆件构造复杂多样、非标准化，钢构件总数共计30513个，其中节点数9843个，杆件20670根。每100根杆件中最多有3根规格相同。墙体各分区构件统计无缝钢管（根）焊接钢管（根）矩形管（根）球体（个）杆件总量（根）球体总量（个）构件总量（个）墙体W1-1 342 4 534 390 880 390 1270 墙体W1-2 337 1 559 389 897 389 1286 墙体W2 839 38 1235 912 2112 912 3024 墙体W3 1041 11 492 730 1544 730 2274 墙体W4 613 160 1337 924 2110 924 3034 墙体W5 539 29 876 651 1444 651 2095 合计 3711 243 5033 3996 8987 3996 12983 注：球体数量包括部分相贯节点。屋面各分区构件统计无缝钢管（根）焊接钢管（根）矩形钢管（根）球体（个）杆件数量（根）球体数量（个）分区总数量（个） R1 1373 355 1001 1401 2729 1401 4130 R2 1398 410 1009 1439 2817 1439 4256 R3 1732 2249 2156 3007 6137 3007 9144 合计 4503 3014 4166 5847 11683 5847 17530 四、本工程中62%的圆钢管矩形钢管存在干涉现象，由于设计院的施工图均为单线条图纸，在深化设计过程中发现大量圆钢管与矩形钢管存在干涉现象，经分析决定在干涉部位增加干涉板，干涉板的位置、尺寸需逐一放样定位，给安装带来巨大难度。第二节墙体及屋面分区、安装顺序考虑到主体钢结构形式复杂，安装工期相对较紧（计划工期10个月），同时也便于组织管理将墙体结构分为五个施工区：W1、W2、W3、W4、W5，将屋盖结构分为R1、R2、R3三个区，多点同时安装解决安装进度问题。一、墙体分区墙体分区图如下：墙体安装分区图二、屋盖分区 A～G/1-23轴为R1区、G～Aa/1～8轴为R2区、G～Aa/8～23轴为R3区。屋盖分区如下：屋面安装分区图三、安装顺序安装顺序为：墙体W1-1→W1-2→W2→W5→W3→W4，屋面R1→R2→R3。外部墙体以四个角为起点，向两侧安装，会合在内墙与外墙“T”形交叉处；内部墙体以两内墙“T”形交叉处为起点，由内向外扩散安装。如下图所示：安装阶段一安装阶段二安装阶段三安装阶段四安装阶段五安装阶段六安装阶段七第三节钢结构安装一、安装方法分析对比由于本工程钢结构的设计构造特性，传统钢结构安装中较为先进的安装方法，如顶升法、滑移法在本工程无法实现，切实可行的方法就是散装法。关于散装方法，我们进行了“小拼单元”和“单杆+球”散装法两种方法的探索试验，经过综合对比最终确定“单杆+球”散装法。序号安装方法1 安装方法2 更改原因 1 总体安装小拼单元单杆+ 球散装法小拼单元法安装过程中发现开口式小拼单元的焊接变形难以控制，安装精度难以保证，经过摸索最后采用单杆+单球地面拼装，高空散装法进行安装。 2 墙体安装墙体外表面— 中间层— 墙体内表面墙体外表面— 墙体内表面— 中间层首先将墙体内、外表面球精确定位，其次依靠内、外表面球定位中间球。 3 屋面安装屋面下弦— 腹杆第一层球— 腹杆第二层球— 屋面上弦屋面下弦— 腹杆第一层球— 屋面上弦— 腹杆第二层球屋面腹杆第二层球依靠腹杆第一层球和上弦平面定位。二、安装流程墙体安装流程如下：钢构件验收合格第一层墙体安装测量、校正搭设脚手架和操作平台 +1.209m底梁验收合格全站仪控制球节点三维坐标安装前准备复核定位轴线和标高安装所使用的测量仪器必须按国家有关的计量法规的规定定期送检墙体外、内表面安装墙体中间层安装小拼单元拼装完成一球一杆拼装完成焊接焊前报验上一层墙体安装探伤合格后报验超声波探伤屋面安装流程如下：钢构件验收合格屋盖下表面安装测量、校正焊接满堂红脚手架和球节点下支撑平台搭设完成全站仪控制球节点三维坐标安装前准备焊前报验屋盖中间第一层安装屋盖上表面安装上一层墙体安装探伤合格后报验一球一杆拼装一球一杆拼装超声波探伤一球一杆拼装第一区域屋盖安装屋盖中间第二层安装一球一杆拼装三、钢框架安装方法本工程钢结构由十二面体和十四面体在空间组合而成，其规律性很差，每个空间节点的三维坐标都是唯一的，结构中有9843个节点，节点的空间定位顺利与否直接影响到结构施工工期。杆件的长度、球节点锻造的偏差等因素都会影响空间三维定位准确性，如果采用节点支撑平台依次将9843个节点定位并固定，在安装杆件时，构件之间的碰撞将导致已定位节点的偏移，因而操作性差。安装过程中采用杆球同时就位，全站仪校核的方法进行空间三维节点的快速定位。首先通过计算机建立整个结构体系的实体模型，并在整个安装平台上放出结构的横纵轴线网。在地面进行球+杆拼装时通过调整焊接的间隙对杆件的长度进行调整，保证杆件两端焊接衬垫内套环端头的距离与计算机实体模型中测量的杆件与两个球体相贯面的距离一致。在计算机上测量出节点到横、纵轴线的平面垂直距离，以及从安装平台到该球节点下顶端的高度，将绝对的空间三维坐标转换为平面相对距离加垂直高度的数据。 1、起始点和1.209m底梁安装方法 ⑴封边底梁根据“构件安装顺序”采用塔吊依次进行安装，根据测量在埋件上所画的杆件定位线就位，部分重量轻的杆件采用人工安装。就位后用水准仪进行标高测量，采用调节螺栓和千斤顶进行微调，校正完成后进行定位焊，方钢管上翼缘和两侧腹板每个面定位焊一处。 ⑵封边底梁安装过程中，加入垫铁并焊接，封边底梁焊接完成后，在节点区加节点加强板、节点加劲板，节点加强板安装后与封边底梁之间间隙控制在4mm以内。 2、墙体安装方法 ⑴墙体外、内表面安装方法安装过程中墙体内、外表面及中间层采用分层安装的方法，高度方向安装顺序为第一层单元体→第二层单元体→第三层单元体；第一层单元体必须在封边底梁安装焊接完成后才能进行安装，安装可以分段、流水向高程与纵向发展，呈阶梯形渐进，在安装定位焊接后可以进行上层结构安装，在脚手架加固稳定后安装到顶标高。单根方管+球散装时，先用塔吊将构件吊至各个构件临时堆放平台上，然后人工采用手动葫芦进安装，以便保证就位精准和提高塔吊工作效率。墙体内、外表面安装如下图：墙体外表面安装图墙体内表面安装图 ⑵墙体中间层安装方法墙体中间层将一根圆管和一个节点球在拼装平台上拼成一体进行吊装，墙体中间层安装以墙体内、外表面为基础，塔吊吊至堆料平台，人工采用手动葫芦进行安装。经过统计，墙体中间层杆端干涉的圆钢管占圆钢管总量的62%，此圆钢管必须在干涉处球与方钢管焊接完成后才能安装，首先安装干涉板，再安装圆钢管。外墙中间层只有一个球节点，分别与外、内侧墙体相连，安装时采用两个葫芦分别吊装一根圆管与球和一个圆管，在空中拼接，球节点调至准确位置后将两根构件之间和与外、内侧墙体球节点连接处定位焊接，墙体中间层安装如下图：外墙中间层安装示意图 3、屋盖钢框架安装方法 ⑴屋盖下表面安装屋盖下表面由方钢管和半球组成，位于23m 标高处，为了保证其下挠值符合设计要求，现场采取安装预起拱方法。根据屋盖钢框架安装顺序，在屋盖安装部位下方搭设满堂红脚手架安装平台。屋盖钢框架安装以下表面为基准面，每个球节点下方设置支撑平台并采用螺旋式千斤顶进行支撑。根据屋盖节点受力，将屋盖下表面节点支撑平台分为：小于4t、4～9t、大于9t三种情况，支撑平台搭设方法如下：节点支撑平台（小于4t）节点支撑平台（4～9t）节点支撑平台（大于9t）屋盖下表面安装时将安装处两侧脚手架升起，其之间横放一根吊装扁担进行吊装，两根杆件就位后进行定位焊，屋盖下表面安装示意图如下：屋盖下表面安装 ⑵屋盖中间第一层杆件、球安装以屋盖下表面为基础，将中间第一层一球一杆拼装成一体后与另一根杆件采用两个手动葫芦同时进行安装，就位后与屋盖下表面已装球节点及两杆件之间进行定位焊，屋盖中间层安装示意图如下：屋盖中间第一层杆件、球安装 ⑶屋盖上表面安装屋盖上表面采用手动葫芦进行安装，就位后立即将其下方脚手架升起对球节点进行支撑，屋盖上表面安装示意图下：屋盖上表面安装 ⑷屋盖中间第二层杆件、球安装屋盖中间第二层安装，先将支撑屋盖上表面的支撑架调整，让出第二层杆件安装位置，然后采用三个手动葫芦将中间第二层（球一杆）及第三层两根杆件同时进行安装，三根杆件定位一个球，就位后对中间第二层节点进行支撑，屋盖中间第二层安装示意图如下：屋盖中间第二层杆件、球安装四、结构安装累计误差消除工程中球节点安装定位误差要求控制在5mm，在制造结构杆件时要求工厂按规范中的负偏差执行。但在安装过程中不可避免的会出现安装累计误差，包括标高及水平位移的偏差。因此我们在安装过程中对墙体和屋面设置了消差带，消差带的位置与施工分区的划分一致。消差通过以下措施解决： 7.1通过调整杆件与球体的焊接间隙，调节范围5～9mm。 7.2在分区段的合拢位置对合拢杆件按实际长度进行制造（误差值须在设计要求范围内）。 7.3在局部合拢时先固定球节点，后安装节点之间的杆件。此时须先将杆件中间断开，在两段杆件就位后，在断点处进行焊接并达到一级焊缝要求。五、安装精度控制 1底部封边梁轴线位移和高程偏差严格按验收规定执行。 2墙体外、内表面单根构件的垂直度偏差按±5mm控制。 3墙体外、内表面上构件的高程和侧向位移偏差，以及墙体中间层构件三维方向的定位偏差，在安装过程中应尽量控制，并满足以下原则： ⑴保证所有杆件和节点应合理相贯贴合，保证焊接质量。 ⑵在分层安装的过程中，上层安装要考虑消除下层已有偏差，不能出现过大的累积偏差。 ⑶在结构焊接时，焊接工艺和顺序应考虑消除定位偏差，并采用循环焊接的方式减少焊接变形。 ⑷焊后所有累积变形控制偏差值按《XX游泳中心主钢结构工程施工质量验收规定》（JQB-042-2005）7.2.5中墙体安装允许偏差值控制。安装过程中，施工单位进行全过程跟踪测量定位，对墙体内、外表面全部球体垂直度偏差进行测量记录。监理单位进行巡检时，可随时要求施工单位对正在安装球体进行垂直度复测。每安装完一层，施工单位将过程测量记录报监理单位检查后开始进行该层墙体焊接。分层焊接后，对垂直度进行测量，测量记录上报监理。

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